JPH02293355A - 気密コーティングを有する光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、無定型炭素の気密コーティングを有する光フ
ァイバの製造方法に関するもので、光ファイバをプレフ
ォームから線引きすることにより形成し、次いで直ちに
高温で反応器中で炭素含有ガスと接触させるものである
。

（従来技術） ここで光ファイバとは、例えば遠距離通信に用いるよう
なガラス若しくは石英ガラスのファイバを意味するもの
と理解されたい。機械的損傷を防止するために、かかる
ファイバは一般に、種々の層からなる合成樹脂コーティ
ングで被覆されている．ファイバを厳しい条件下で用い
る場合には、更に気密コーティングを用いるのが望まし
い。かかる目的は、水及び水素がガラスファイバと接触
することを排除するものである。かかる理由により、炭
素の第１層をガラスファイバに直接施すことが知られて
いる。かかる第１層及び第１合成樹脂コーティングを、
ガラスファイバを線引きした後直ちに、すなわち該ファ
イバをプーりに導くか若しくは貯蔵する前に施す。

ガラスファイバ上に無定型炭素の気密コーティングを提
供する方法は、ＰＣＴ特許公開第８７／０５８３１号に
、更に発明者エス９　レイ　シャドウリ（Ｓ．　Ｒａｙ
Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ）とビー．シー．シュルツ（Ｐ．Ｃ
．Ｓｃｈｕｌｔｚ）によるＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏ
ｆ　ＳＰＩＥ　，　７１ユ、２７〜３２ページ（１９８
６）に開示されている。かかる方法においては、石英ガ
ラスのファイバを線引き炉中のプレフォームから線引き
する。かかる技術において通常行なうごとく、次いでフ
ァイバの厚みを測定し、その結果を線引きプロセスの制
御に用いる。かかる測定は一般に、レーザ光の移動性ビ
ーム及び１又はそれ以上の検出器により実施される。該
測定を実施するために、ファイバを空気中に１０〜１５
ｃｍの距離にわたり存在させ、相当冷却する。蒸気層か
らの化学蒸着（ＣＶＤ）により無定型炭素の層を加熱反
応器中１０００−１１００℃の温度で堆積する。５０〜
１００ｃｍ３／分の流速を有するブタンを炭素含有ガス
として、ファイバ輸送速度が２Ｏｎ＋／分の場合に用い
る。形成される炭素層の厚みは２０〜２５ｎｍで、咳層
は完全に気密でないことが結論づけられる。更に炭化チ
タンの他の層を該炭素層に施し、その後該ファイバに従
来の方法で合成樹脂コーティングを施す。

（発明が解決しようとする課題） 従来の方法には、炭素堆積がガラスファイバ上のみなら
ず炉壁土にも生じるという欠点があった。

このことは炉の詰まりをおこす．更に、炭素が過剰に形
成し、従って多くの副生物も、特に水素が生じる。然る
に無定型炭素を含む気密コーティングを用いる目的の一
つは水素を抑えることにある．本発明の目的は、特に、
分解反応により高速度で光ファイバに炭素層をコーティ
ングする方法を提供することにあり、かかる方法におい
ては、炉壁はクリーンなままである。他の目的は、無定
型炭素層を提供することにあり、従って粒界（ｇｒａｉ
ｎ１）ｏｕｎｄａｒｙ）に沿って拡散が全く起こらなく
なる。

該炭素層は結晶若しくはダイヤモンド状構造を有しては
ならない。かかる理由により、米国特許第４４０２９９
３号明細書に記載してあるプラズマ堆積法及び米国特許
第４１８３６２１号明細書に記載してあるコロイド状懸
濁液を用いる浸せき法は、意図する目的には不適切であ
ると考えられる。更に、かかる方法は、少なくとも１秒
当たり５ｍの従来の線引き速度で使用するには緩慢すぎ
る。本発明の特別の目的は、ガラスファイバへの水素の
拡散が強く抑制されるような質の炭素層を提供すること
にある。水素は、ケーブル謹装に用いられる金属と水と
の反応の結果としての湿分にさらされるケーブル中で形
成される。石英ガラスファイバ中での水素の存在は、光
信号の減衰を極めて強く増大する結果を導《。

（課題を解決するための手段） 本発明において、かかる目的は最初の欄に記載したよう
な方法により達成され、これはファイバの温度が１１０
０〜１５００℃である位置でファイバを炭素含有ガスと
接触させ、反応器の壁温が８００℃以下であることを特
徴とするものである。

線引きした直後の高温のファイバを分解反応を開始する
のに用いる。該反応器は炭素含有ガスを供給する作用を
呈し、該ファイバが冷却されることを防止するが、炉を
介して追加の熱を供給する必要はなく、このことが更に
本発明の利点となる。

該反応器の壁温が比較的低いため、炭素は該壁にほとん
ど堆積しない。ファイバが反応器に導入される前の該フ
ァイバの過剰冷却を回避するために、ガラスファイバが
堆積反応器を出る場所での該ガラスファイバの直径を測
定することが有効である。

フランス国特許第２４９３３０２号公報には、高温のフ
ァイバを用いてガラスファイバ上に炭素層を適用する方
法が開示されているが、炭素含有ガスを、プレフォーム
を加熱してファイバを線引きできる位置に若しくはその
付近に供給するものである。

炭素堆積の大部分はプレフォームの円錐部に近い最も熱
いところで、約２０００℃の温度で行われる。

従って、パイ口グラファイトの結晶層が形成する。

他の欠点は、上記位置ではファイバ直径は最終的な最も
小さい値に達していないので、形成した炭素層にはクラ
ンキングが起こることである。

十分な量の無定型炭素を、高いファイバ輸送速度及び限
定された長さの反応器でガラスファイバ上に堆積させる
ことが達せられるように、可能な限り反応器内でガラス
ファイバが冷却されることを防止するのが好ましい。こ
のため、炭素含有ガスは、小さい熱伝導係数、好ましく
は２７℃で０．０４Ｊ／ｍ．ｓ．’ｃより小さい係数を
有する不活性キャリアガスを含むことが望ましい。次の
表は幾つかの不活性ガス及び炭素化合物の１気圧２７℃
での熱伝導係数をＪ／ｍ．ｓ．℃で示すものである。

窒素　　０．０２６ アルゴン　　　　ｏ．ｏｔｓ 二酸化炭素　　　０．０１７ メタン　　　　　０．０３４ エタン　　　　　　０．０２１ プロパン　　　　ｏ．ｏｉｓ ｎ−ブタン　　　０．０１６ １−ブタン　　　０．０１６ 熱分解により炭素を形成するのに適切に用いることがで
きる炭素化合物は、例えばベンゼン、アセチレン及びア
セトンである。本発明の方法の好適例においては、炭素
含有ガスは１〜６個の炭素原子を有する１又はそれ以上
のアルカンを含む。

ブタンと、例えばブテン及び／又はプタジエンとの混合
物も本発明の方法に適切に用いることができる。

供給物の簡易な輸送及び簡易な制御を達成するために、
室温でガス状である炭素化合物を用いるのが効果的であ
る。所定のガス容積中に多くの炭素原子を提供する化合
物を選択するのが有効である。かかる点に鑑み、ブタン
及び４個の炭素原子を有する他の炭素化合物が適切な妥
協点であり、低い熱伝導を有する点においてもそうであ
る。

所望の場合には、関連層の性質が、様々な要求に適合す
るように、炭素層を、ドープすることが可能であり、例
えば炭素含有ガスにボランを添加することによる数％の
ホウ素でドープすることができる。

（実施例） 本発明を図面を参照しながら次の実施例により説明する
。

実覇Ｍ上 第１図に示すごとく、ガラスファイバ１０を、炉１４内
のプレフォーム１２から線引きすることによる従来の方
法で製造した。ここで用いるガラスファイバとはガラス
若し《は石英ガラスのファイバを意味すると理解される
べきである。ファイバには異なる屈折率を有するコアガ
ラス及びタラッドガラス（第１図には図示せず）を含む
。代わりに、コアが内側から外側に向かって傾斜屈折率
を有するガラスからなるファイバを用いることも可能で
ある。第１図の実施例により示されるファイバは１２５
μ一の直径を有する環状断面を有する。

ガラスファイバ１０を線引きした後直ちに、該ファイバ
を断熱壁１８若しくは第１図には示されていない加熱装
置を含む炭素堆積装置１６に導き、ガラスファイバが極
めて急速に冷却されることを防止する。本発明において
、該反応器１６の壁温は最高８００℃である。線引き炉
２４の底面側と反応器１６の間の距離はおよそ５ｃｍで
、該反応器の長さは９０ｃｍである。プレフォーム２０
の円錐部から線引き炉２４の底面側までの距離は約１６
ｃｍである。該反応器は、炭素含有ガス用の入りロアパ
ーチャ２２を含む。熱炭素含有ガスを供給することは有
利であり、その理由は、あらかじめ加熱されてないガス
を用いる場合よりも短い長さの堆積反応器の使用を可能
にするからである。

次いで、炭素の燃焼を防止するために、窒素、アルゴン
若しくはヘリウムのような不活性ガス用の入りロアパー
チャ３０を備えるパイプ２８中の直径測定装置２６に該
ファイバを導く。該ガラスファイバを水冷却ジャケット
３４を含む冷却バイプ３２内で冷却する。次いで、該ガ
ラスファイバに、第１図には図示されていないファイバ
コーティング装置による従来の方法で、例えばＵＶ光硬
化性合成樹脂組成物からなる一又はそれ以上のコーティ
ングを施す；これは例えば米国特許第４７５８４４７号
明細書を参照することができる。

第２図には、二つの異なる位置での、ファイバ輸送速度
Ｖの関数としてガラスファイバの温度Ｔを示す。位置Ａ
は線引き炉からの距離が５ｃｍ、位置Ｂは距離が２５ｃ
ｍであり、例えば直径測定装置を線引き炉と位置Ｂの間
に設置することも可能である。第２図には、ファイバ輸
送速度が十分に速いときは、位置Ａでのファイバ温度は
有効速度で炭素堆積を得るために十分（１１００℃以上
）であることが示されている。

本例においては、３．７ｍ／秒のファイバ輸送速度を用
いる。９％のｎ−ブタンを含むアルゴンを炭素含有ガス
として、供給速度２．５ｆ／分で用いる。

炭素層を２５μｇ／ｍの量及び、およそ４５ｎｍの厚み
で堆積させる。ガラスファイバの縦方向で測定した炭素
層の電気抵抗は１０ｋΩ／ｃｌＩ１である。

炭素層の気密性を試験するために、ファイバをオートク
レープ中での処理に課した。該ガラスファイバを１２５
　’Ｃの温度、１４ＭＰａの圧力で水素雰囲気中１００
時間貯蔵した。光学減衰の増大を１１００〜１２５０ｎ
ａ＋の波長の光で測定し、これは０．０５ｄＢ／ｋｍよ
りも少ない。厚みが半分の炭素層を有するガラスファイ
バ（電気抵抗２０ｋΩ／ｃｍ）を用いた比較試験におい
ては、該ファイバを１２５　’Ｃの温度、１４ＭＰａの
圧力で水素雰囲気中２４時間だけ貯蔵した後の減衰の増
大は１２４０ｎｍで２０ｄＢ／ｋｍであった。炭素で被
覆されてないファイバの場合、かかる試験の後には伝送
（ｔｒａｎｓｍ　ｉｓｓ　ｉｏｎ）がもはや測定できな
かった。

尖旌炎Ｉ 前記実施例に記載した方法でファイバを製造したが、線
引き炉２４と炭素堆積反応器ｌ６の上部との間の距離を
４〜１２ｃｍで変化させた。堆積した炭素の量は円錐部
までの距離が増加するに連れて減少することを見いだし
た。このことは距離の増大に伴い、温度の低下をもたら
し得るものである。炭素層の電気伝導率の減少は、該炭
素層の気密性の減少を示す炭素の重量に極めてよく比例
する。

尖旌開ユ 実施例ｌに記載した方法でファイバを製造したが、アル
ゴンと窒素の両者をキャリアガスとして用いた。２．６
ｍ／秒のファイバ輸送速度、１〜２．５ｌ／分のキャリ
アガス中０．２７１／分のブタンの供給で、形成された
炭素の量はキャリアガス量の増加に連れて僅かに減少す
ることが見いだされた。

アルゴンを使用した場合、堆積した炭素の量は、窒素を
用いた場合よりもおよそ５〜１０％多くなり、このこと
はアルゴンを用いた場合、ガラスファイバの温度を高く
し、またアルゴンの熱伝導率を低くすることをもたらし
得るものである。窒素若しくはアルゴンの使用は形成さ
れた炭素層の気密性又は電気伝導率における差異を導く
ものではない。

しかし、ヘリウムをキャリアガスとして用いる場合には
、炭素はほとんど堆積しない。かかる場合、電気抵抗は
１０ｋΩ／ｃｒａのかわりに８５００ｋΩ／ｃｍである
。このことは、ヘリウムの本質的な熱伝導によりもたら
されるものである。ヘリウムの熱伝導係数は．２７　’
Ｃ、１気圧で０．１５１Ｊ／ｍ．ｓ．　”Ｃである．尖
籐Ｋ土 実施例３に記載した方法でファイバを製造したが、ファ
イバ輸送速度を４ｍ／秒、ガス供給を２．５ｌ／分、ブ
タン含量を４〜２０容量％、アルゴン及び窒素をキャリ
アガスとして用いた。結果は前記実施例と同様である。

堆積した炭素の量はブタン含量に大部分依存する。かか
る方法においては、堆積プロセスを正確に制御ｒること
かできるようになる。４容量％のブタンを用いることに
より堆積した層の電気抵抗は２０ｋΩ／ｃｍで、２０容
量％のブタンの場合は電気抵抗は７ｋΩ／ｃｍであった
。

尖詣狙ｊ 実施例１に記載した方法でファイバを製造したが、ファ
イバ輸送速度を２〜９ｍ／秒で変化させた。

２５容量％のプタンを含むアルゴンである供給される炭
素含有ガスの量は２．５　１　／分であった。低い輸送
速度では、炭素堆積が少なくなるように、該ファイバを
反応器に導入する前に冷却する。高い輸送速度では、反
応器中のファイバの滞留時間は極めて短いため、同様に
少量ではあるが、層が高い気密性を呈するような高品質
な炭素堆積が達成される。記載した条件下では、ファイ
バ輸送速度が５〜６ｍ／秒で最適な結果が得られた。

尖詣貫旦 実施例１に記載した方法でファイバを製造したが、ファ
イバ直径を１２０〜１３０μｍで変化させた．ファイバ
輸送速度は３〜４ｍ／秒で、炭素含有ガス量は１．２５
〜２．ＦＭ！／分であった。炭素含有ガスは１０〜２５
容量％のプタンを含むアルゴンであった。

全てのこれらの異なる条件下で、およそ１０％多い量の
炭素がより太いファイバ上に堆積した。このことは太い
ファイバの熱含量が多くなることをもたらすものであり
、従って該ファイバは長時間に渡り、若干より高い温度
を呈する。

尖旅五１ 実施例ｌに記載した方法でファイバを製造したが、堆積
反応器の壁温を６００〜９００℃で変化させた。ファイ
バ輸送速度は４ｍ／秒で、炭素含有ガス量は２．５１／
分であった。炭素含有ガスは５〜１０容量％のブタンを
含むアルゴンから成るものであった。壁温が６００から
８００℃に増大した場合、ガラスファイバ上に堆積する
炭素量は僅かに増加する。

しかし、より高い温度ではガラスファイバ上の炭素量は
、炉壁上への炭素の堆積に従い著しく減少する。このた
めに、ブタンの濃度は減少し、水素の量は増加する。水
素の存在は、ガラスファイバの質に悪影響をもたらし、
更に、炭素含有ガスの熱伝導の増大をもたらす。水素の
熱伝導係数は２７℃，１気圧で０．１８７Ｊ／ｍ．ｓ．
　’Ｃである。

夫施■エ 実施例１に記載した方法でファイバを製造したが、ｎ−
ブタン若しくはプロパンを炭素含有ガスに用いた。ファ
イバ輸送速度は４．６ｍ／秒で、炭素含有ｐ゛ス量は２
．ｉ／分であった。炭素含有ガスは４〜２５容量％のブ
タン又はプロパンを含むアルゴンから成るものであった
。ブタンの単位容量当たりの炭素原子の量が多量となる
ので、他の同様な条件下で形成される炭素の量は、ブタ
ンを用いる場合よりも約３０％多い。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の方法に使用するのに適する装置の断
面図、 第２図は、ファイバ輸送速度の関数として、異なる位置
でのガラスファイバの温度を示す線図である。 １０・・・ガラスファイバ １２・・・プレフォーム １４・・・炉 １６・・・炭素堆積反応器 １８・・・断熱壁 ２０・・・プレフォームの円錐部 ２２．　３０・・・入りロアバーチャ ２４・・・線引き炉の底面側 ２６・・・直径測定装置 ２８・・・パイプ ３２・・・冷却パイプ ３４・・・水冷却ジャケット Ｆ１６１ Ｖｉｍ／ｓｌ ＦｌＧ．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバをプレフォームから線引きすることによ
   り形成し、次いで直ちに高温で反応器中で炭素含有ガス
   と接触させる無定型炭素の気密コーティングを有する光
   ファイバを製造するにあたり、ファイバの温度が１１０
   ０〜１５００℃である位置で、ファイバを炭素含有ガス
   と接触させ、反応器の壁温が８００℃以下で、該炭素含
   有ガスは熱伝導係数が２７℃で０．０４Ｊ／ｍ．ｓ．℃
   よりも小さい不活性キャリアガスを含むことを特徴とす
   る光ファイバの製造方法。 ２、炭素含有ガスは１〜６個の炭素原子を有する１又は
   それ以上のアルカンを含むことを特徴とする請求項１記
   載の光ファイバの製造方法。 ３、炭素含有ガスはブタジエン、ブテン、ｎ−ブタン及
   びｉ−ブタンの一種又はそれ以上の化合物を含むことを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。 ４、炭素層をホウ素でドープすることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれか１つの項記載の光ファイバの製造方
   法。